分类和进化研究是生物学中最古老的领域之一。过去的研究主要依靠生物体的形态，并辅以生理特征，来探讨生物间亲缘关系的远近，有人称之为经典的方法，它是一百多年来完成微生物分类的主要方法。经典的方法是随机的和不系统的，只适用于一些形态复杂的真核生物和较大的原核生物。现在，由于生物技术的不断完善，人类对自然界的认识水平不断地提高，就对以前的一些研究方法以及研究结果提出了质疑。如长久以来，生物界被划分为原核、真核两大界，认为真核生物由原始的原核生物进化而来。但随着对原核生物各类群的研究的深入，却发现许多生活在极端环境(高盐、高温、极端pH值)的古细菌(Archaebacteria)在生理生化诸多方面与一般的真细菌存在巨大差异，其分子机制亦相当独特。那么，这类古细菌是否应当从原核生物中独立出来而自成一个体系呢？近年来，由于分子生物学的迅速发展和广泛应用，特别是蛋白质和核酸序列研究的突破性进展，使微生物系统分类的基础发生了重大的变化，分类系统已经或正在随着分子标准的不断渗入而完善。所谓分子标准主要是指建立在DNA分析技术基础上的分类方法。与表型特征相比较，核酸序列在生物体的进化过程中较少受到环境的影响，因而更能反映出生物体在演变进化过程中的本质，其研究结论也更可靠。这样，人们就将系统进化研究从宏观逐渐转向微观，并把宏观和微观的特征结合起来，以便更准确地反映生物体间真正的进化关系。
如前所述，测定DNA的G+Cmol％比例只能确定含量不同的细菌为不同的种，而不能确定含量相近的细菌必然属于同一个种。若要进一步确定，还必须借助其他方法，例如核酸分子杂交方法。研究DNA-DNA或DNA-RNA杂交最方便的方法，就是采用来自一个菌株的放射性核酸与来自另一个菌珠的非放射性核酸，经热变性之后，把两种核酸样品混合，使其复性，测定放射性结合键的百分率。百分率越高，说明两者碱基顺序的同源性越高，亦即亲缘关系越近。核酸分子杂交技术对解决种水平上的分类学问题和确定新种是十分有效的。
从20世纪70年代初起，16S rRNA序列分析成为细菌分类的一个重要指标。16SrRNA分子具高度的保守性，在30多亿年的进化中仍保持着原初的状态，因此可用作探索自古至今生物的主要进化历程，是一种理想的研究材料。1977年，Woese等人测定了200多种原核生物的16SrRNA和真核生物的18SrRNA的寡核苷酸顺序谱，经比较研究，不但搞清了原核生物和真核生物的许多系统进化问题，而且还以此为根据提出了生命体系的三界学说，引起了生物学家的普遍关注，并由此而引发了研究古细菌的热潮。16SrRNA寡核苷酸顺序分析所依据的基本原理是这样的，用可专一性地水解G(鸟嘌呤)上3′端磷酸酯键的核糖核酸酶水解提纯的rRNA，产生一系列以G为结尾的长度不一的寡核苷酸片段，一一测定其核苷酸序列，最后把它们编成一部“词典”。两个菌株rRNA的相似性就可通过查阅“词典”来作比较。但这种方法在当时是一项工作量大，实验条件复杂和操作要求十分严格的分析技术，因此其应用仍然受一定的限制。
80年代中期，聚合酶链反应(PCR)的出现和完善，以及利用PCR扩增产物进行碱基序列分析方法的出现，使迅速得到特定DNA片段的遗传信息成为现实，这样就使得人们可以用完整而不是部分的DNA序列来判断生物之间的系统发育关系。1996年8月，《SCIENCE》发表了美国TICR(The Institute for Genomic Research)研究所的最新学术成果──产甲烷球菌的全基因组序列。这是自Woese提出三界学说以来测定的第一个古核生物(Archaea)的全基因组序列，从而为古核生物的研究提供了充分的序列材料。TIGR给出了产甲烷球菌的1738个基因的定位，经同源性搜索和GENEMARK的基因定位方法研究，结果表明，约有58％的基因在现有生物的基因数据库中找不到同源序列。这足以说明产甲烷球菌上有着大量的新基因序列，从而为三界学说的建立和发展找到了坚实的证据。
